CN114419188B - 现场作业区电子围栏的自动构建方法、装置及存储介质 - Google Patents

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CN114419188B CN202111682586.0A CN202111682586A CN114419188B CN 114419188 B CN114419188 B CN 114419188B CN 202111682586 A CN202111682586 A CN 202111682586A CN 114419188 B CN114419188 B CN 114419188B
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Abstract

本申请公开了现场作业区电子围栏的自动构建方法、装置及存储介质，其中方法包括：采集电网作业区域各围栏点的经纬坐标，并将经纬坐标转换为二维坐标，获得围栏点二维坐标集；对围栏点二维坐标集的围栏点逐一连接线段，叉积寻找凸点和凸边，并进行绘制；判断围栏点二维坐标集是否存在内凹点；若存在内凹点，则绘制内凹点与最近点的连接线段，并寻找内凹边；选出已连接超过2条不同线段的凸点，删除它们之间的凸边；根据凸边和内凹边围成的多边形，以获得电网作业区域的电子围栏。通过上述方式，本申请可实现基于位置信息的电网作业区域电子围栏快速自动构建，减轻人为工作量。

Description

现场作业区电子围栏的自动构建方法、装置及存储介质
技术领域
本申请涉及电网安全监控技术领域，尤其涉及现场作业区电子围栏的自动构建方法、装置及存储介质。
背景技术
电网作业人员在变电站或输电线路杆塔作业时，往往需要设置安全实体围栏区域，通过人工肉眼识别围栏及其危险区域来开展自主式的安全监管，近几年来随着智能技术的发展，利用虚拟电子围栏开展主动式电网作业安全区域预警成为一种趋势，通过应用北斗高精度定位、GPS定位或图像视觉识别技术，将现场位置空间信息回传至后台监控系统，作业人员在后台系统进行电子围栏绘制。
现有的基于图像视觉识别技术生成电子围栏的方法存在部分视觉区域容易受到电力设备遮挡的影响，算法识别出来的电子围栏位置坐标准确性不高，需要现场布置摄像头，操作繁琐，电子围栏需进一步人工校验；基于GPS定位坐标的电子围栏存在定位精度不高，难以获得厘米级定位的电子围栏；基于我国北斗高精度定位坐标信息获取电子围栏定位精度为目前电力行业中应用较好的一种电网作业区域虚拟电子围栏绘制方法，但需要在后台对电子围栏进行人工绘制，且需与现场人员沟通电子围栏具体形状，耗时较大。
发明内容
本申请提供现场作业区电子围栏的自动构建方法、装置及存储介质，以解决现有技术中电子围栏构建准确性不高和智能化水平不高的问题。
为解决上述技术问题，本申请提出一种现场作业区电子围栏的自动构建方法，包括：采集电网作业区域各围栏点的经纬坐标，并将经纬坐标转换为二维坐标，获得围栏点二维坐标集；对围栏点二维坐标集的围栏点逐一连接线段，叉积寻找凸点和凸边，并进行绘制；判断围栏点二维坐标集是否存在内凹点；若存在内凹点，则绘制内凹点与最近点的连接线段，并寻找内凹边；选出已连接超过2条不同线段的凸点，删除它们之间的凸边；根据凸边和内凹边围成的多边形，以获得电网作业区域的电子围栏。
可选地，还包括：若不存在内凹点，则根据凸边围成的多边形，以获得电网作业区域的电子围栏。
可选地，寻找内凹边，包括：对内凹点已连成的线段，寻找与之相连的线段中形成的角度最接近90°的线段作为内凹边。
可选地，获得电网作业区域的电子围栏之后，还包括：判断人员位置点是否在电子围栏的各个边线上和在电子围栏内。
可选地，判断人员位置点是否在电子围栏的各个边线上，包括：记人员位置点坐标为A(a，b)，记需要判断的边线为Q0Q1；计算向量AQ0与向量AQ1的夹角；若夹角为180°，则人员位置点A在边线Q0Q1上，人员已进入了电网作业区域；若夹角不为180°，则人员位置点A不在边线Q0Q1上。
可选地，判断人员位置点是否在电子围栏内，包括：记人员位置点坐标为A(a，b)，记需要判断的边线为Q0Q1；通过点A水平向左生成射线，判断射线与电子围栏边线相交点个数；若所得的相交个数为奇数，则判断人员位置点A在电子围栏内；若相交个数为偶数，则判断人员位置点A在电子围栏外。
可选地，采集电网作业区域各围栏点的经纬坐标，包括：通过北斗定位终端采集电网作业区域各围栏点的经纬坐标。
可选地，对围栏点二维坐标集的围栏点逐一连接线段，叉积寻找凸点和凸边，并进行绘制，包括：将围栏点二维坐标集的围栏点记为Q1、Q2、Q3···Qi；以Q1为初始点，记点Q1和Q2所形成的向量为
Figure GDA0003762915610000021
分别计算
Figure GDA0003762915610000022
与点Q1和其它各点所形成的向量如
Figure GDA0003762915610000023
等向量的叉积；若叉积都大于0或都小于0，则说明Q3～Qi各点均在线段Q1Q2的同一侧，此时记Q1Q2为凸边；若叉积存在大于0和小于0的情况，则Q1Q2不是凸边。
为解决上述技术问题，本申请提出一种现场作业区电子围栏的自动构建装置，包括存储器和处理器，存储器连接处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的现场作业区电子围栏的自动构建方法。
为解决上述技术问题，本申请提出一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被执行时实现上述的现场作业区电子围栏的自动构建方法。
本申请提出现场作业区电子围栏的自动构建方法、装置及存储介质，其中方法包括：采集电网作业区域各围栏点的经纬坐标，并将经纬坐标转换为二维坐标，获得围栏点二维坐标集；对围栏点二维坐标集的围栏点逐一连接线段，叉积寻找凸点和凸边，并进行绘制；判断围栏点二维坐标集是否存在内凹点；若存在内凹点，则绘制内凹点与最近点的连接线段，并寻找内凹边；选出已连接超过2条不同线段的凸点，删除它们之间的凸边；根据凸边和内凹边围成的多边形，以获得电网作业区域的电子围栏。通过上述方式，本申请可实现基于位置信息的电网作业区域电子围栏快速自动构建，减轻人为工作量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请现场作业区电子围栏的自动构建方法一实施例的流程示意图；
图2是本申请现场作业区电子围栏的自动构建方法一实施例的示意图；
图3(a)是电网作业区域围栏凸边形一实施例的示意图；
图3(b)是电网作业区域围栏凹凸边形一实施例的示意图；
图4是本申请现场作业区电子围栏的自动构建装置一实施例的结构示意图；
图5是本申请计算机可读存储介质一实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请所提供现场作业区电子围栏的自动构建方法、装置及存储介质进一步详细描述。
本申请提出一种现场作业区电子围栏的自动构建方法，请参阅图1-2，图1是本申请现场作业区电子围栏的自动构建方法一实施例的流程示意图，图2是本申请现场作业区电子围栏的自动构建方法一实施例的示意图。在本实施例中，现场作业区电子围栏的自动构建方法可以包括步骤S110～S160，各步骤具体如下：
S110：采集电网作业区域各围栏点的经纬坐标，并将经纬坐标转换为二维坐标，获得围栏点二维坐标集。
电网作业区域可以是电网变电站或输电线路现场作业的作业区域。在电力系统变电站或输电线路作业过程中，空间电子围栏区域均为以二维多边形为底面，设定额定高度值为空间高度的多边体空间，为最大限度框定作业安全区域，保证作业人安员安全，同时受限于电力设备的规则形状，针对电力设备所需设置的实体围栏在二维平面上大部分多为凸边形，少部分是具有内凹特征的多边形，当出现内凹点时，电网构建的作业区域中，内凹点与其相近(不一定是最近)的两点形成的角度一般维持在90°左右，如图3(a)～(b)所示，其中，图3(a)是电网作业区域围栏凸边形一实施例的示意图；图3(b)是电网作业区域围栏凹凸边形一实施例的示意图。
为实现电网作业区域电子围栏的自动绘制构建，需要采集电网作业区域各围栏点的经纬坐标。可选地，可以通过北斗定位终端采集电网作业区域各围栏点的经纬坐标。北斗定位终端具有高精度定位坐标，可以提高有电子围栏构建的准确性。在一些实施例中，也可以采用其他的定位终端。
通过北斗定位终端采集电网作业安全区域二维底面的各个采集点高精度位置坐标经纬度信息P(W,J)，形成位置坐标组合。选取经度最小的坐标信息为原点，由于电网作业围栏的边长较地球半较比非常小，对后续计算影响较小，因此可近似将经度方向为坐标y轴方向，纬度方向为坐标x轴方向，建立二维坐标体系模型，如假定P0(W0,J0)坐标信息经度最小，即P0转换坐标后为Q0(0,0)。
其余点Pi(Wi,Ji)的二维平面坐标Qi(xi,yi)转换可通过以下公式获得：
Figure GDA0003762915610000041
Figure GDA0003762915610000042
S120：对围栏点二维坐标集的围栏点逐一连接线段，叉积寻找凸点和凸边，并进行绘制。
将围栏点二维坐标集的围栏点记为Q1、Q2、Q3···Qi；以Q1为初始点，记点Q1和Q2所形成的向量为
Figure GDA0003762915610000043
分别计算
Figure GDA0003762915610000044
与点Q1和其它各点所形成的向量如
Figure GDA0003762915610000045
等向量的叉积；若叉积都大于0或都小于0，则说明Q3～Qi各点均在线段Q1Q2的同一侧，此时记Q1Q2为凸边；若叉积存在大于0和小于0的情况，则Q1Q2不是凸边。重新寻找与Q1连接的凸边。记下各次计算后的正负值，若计算结果均为正值或均为负值，即所连线的其它点均在这条线的同一侧，该线段可记为凸边，若计算结果存在正值和负值，则该线段不为凸边，重新寻找与Q1相连线段的凸边，此时记Q1Q3所形成向量为
Figure GDA0003762915610000046
分别计算
Figure GDA0003762915610000047
与点Q1和其它各点所形成的向量如
Figure GDA0003762915610000048
等向量的叉积，同上述的规则判断寻找凸边，直至多边形的凸边全部找到为止。
S130：判断围栏点二维坐标集是否存在内凹点。
围栏点二维坐标集是否存在内凹点，若二维平面的所有点均已用来形成凸边，则各凸边连成的多边形即为我们所求的电网作业区域；若二维平面有点未被连接，这些点可称为内凹点。若存在内凹点，则执行步骤S140，若不存在内凹点，则执行步骤S170。
S140：若存在内凹点，则绘制内凹点与最近点的连接线段，并寻找内凹边。
对内凹点的连接规则，将所有的内凹点记为T1、T2、T3···Ti，以T1为初始点，将T1与其它各点连接，计算线段长度，其中最小线段长度即为内凹边或凸边，将此边记为XY,基于流程1的电网作业连接规则，计算与T1连接的各线段与XY的夹角，距离90°最近的夹角即为内凹边，以此类推，寻找与T2相连接的内凹边和凸边距离T1最近的点S，连成内凹边T1S，此时将T1与其他各点连接，计算T1与其他各点连成的线段与T1S夹角接近90°且线段最短的边，连成内凹边。同理，判断T2是否未曾连接，如果已连接，则以连接的内凹边判断与其他线段夹角最接近90°且线段最短的边为内凹边，若T2未曾连接，则与前面步骤一致计算T2点的所连的内凹，以此类推，可计算出与内凹点相连的所有凸边或者内凹边。
S150：选出已连接超过2条不同线段的凸点，删除它们之间的凸边。
S160：根据凸边和内凹边围成的多边形，以获得电网作业区域的电子围栏。
选取所有内凹边中所涉及的凸边点，在这些凸边点中，如果存在凸边点已连接的情况，则将其剔除，剩余的凸边和内凹边则为最终形成的删除凸边点之间的连接线段，最后所获得的封闭二维凹凸边形即为所求的电网作业区域电子围栏。
可选地，还包括步骤S170，具体地：
S170：若不存在内凹点，则根据凸边围成的多边形，以获得电网作业区域的电子围栏。
在其他的实施例中，获得电网作业区域的电子围栏之后，还包括：判断人员位置点是否在电子围栏的各个边线上和在电子围栏内。
1)判断人员位置点是否在电子围栏的各个边线上：记人员位置点坐标为A(a，b)，记需要判断的边线为Q0Q1；计算向量AQ0与向量AQ1的夹角；若夹角为180°，则人员位置点A在边线Q0Q1上，人员已进入了电网作业区域；若夹角不为180°，则人员位置点A不在边线Q0Q1上。
当判断出人员位置点不在电子围栏的各个边线上时，则进一步判断人员位置点是否在电子围栏内。
2)判断人员位置点是否在电子围栏内：
记人员位置点坐标为A(a，b)，记需要判断的边线为Q0Q1；通过点A水平向左生成射线，判断射线与电子围栏边线相交点个数。
判断当射线与电子围栏边线是否重合，即人员位置点A与边线两点Q0(x0,y0)和Q1(x1,y1)的连线向量AQ0与向量AQ1的夹角为0°或者180°时，则计相交个数为0。若不重合，继续进行以下判断，判断射线与电子围栏边线是否相交。
其中，射线可用以下函数描述：
Figure GDA0003762915610000051
电子围栏边线线段可用以下函数描述：
Figure GDA0003762915610000052
通过求解f1和f2的联合方程组合，如果可求得解，则计为相交，若无解，则计为不相交。
若所得的相交个数为奇数，则判断人员位置点A在电子围栏内；若相交个数为偶数，则判断人员位置点A在电子围栏外。
综上，现有技术基于采集的坐标绘制电子围栏时，往往需要人工进行绘制，通过应用本发明技术方案，本申请公开了电网作业区域安全电子围栏的经纬度坐标转换方法、电子围栏作业区域快速自动构建方法以及电网作业人员进入作业区域快速识别方法，基于电网作业区域构建的实际现场构建方法，可实现基于位置信息的电网作业区域电子围栏快速自动构建，减轻人为工作量。
基于上述的现场作业区电子围栏的自动构建方法，本申请还提出一种现场作业区电子围栏的自动构建装置，如图4所示，图4是本申请现场作业区电子围栏的自动构建装置一实施例的结构示意图。现场作业区电子围栏的自动构建装置400可以包括存储器41和处理器42，存储器41连接处理器42，存储器41中存储有计算机程序，计算机程序被处理器42执行时实现上述任一实施例的方法。其步骤和原理在上述方法已详细介绍，在此不再赘述。
在本实施例中，处理器42还可以称为CPU(central processing unit，中央处理单元)。处理器42可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器42还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
基于上述的现场作业区电子围栏的自动构建方法，本申请还提出一种计算机可读存储介质。请参阅图5，图5是本申请计算机可读存储介质一实施例的结构示意图。计算机可读存储介质500上存储有计算机程序51，计算机程序51被处理器执行时实现上述任一实施例的方法。其步骤和原理在上述方法已详细介绍，在此不再赘述。
进一步的，计算机可读存储介质500还可以是U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存储器(random access memory，RAM)、磁带或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本申请提出现场作业区电子围栏的自动构建方法、装置及存储介质，其中方法包括：采集电网作业区域各围栏点的经纬坐标，并将经纬坐标转换为二维坐标，获得围栏点二维坐标集；对围栏点二维坐标集的围栏点逐一连接线段，叉积寻找凸点和凸边，并进行绘制；判断围栏点二维坐标集是否存在内凹点；若存在内凹点，则绘制内凹点与最近点的连接线段，并寻找内凹边；选出已连接超过2条不同线段的凸点，删除它们之间的凸边；根据凸边和内凹边围成的多边形，以获得电网作业区域的电子围栏。通过上述方式，本申请可实现基于位置信息的电网作业区域电子围栏快速自动构建，减轻人为工作量。
可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。文中所使用的步骤编号也仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种现场作业区电子围栏的自动构建方法，其特征在于，包括：
采集电网作业区域各围栏点的经纬坐标，并将所述经纬坐标转换为二维坐标，获得围栏点二维坐标集；
对所述围栏点二维坐标集的围栏点逐一连接线段，叉积寻找凸点和凸边，并进行绘制；
判断围栏点二维坐标集是否存在内凹点；
若存在内凹点，则绘制所述内凹点与最近点的连接线段，并寻找内凹边，包括：对内凹点的连接规则，将所有的内凹点记为T1、T2、T3···Ti，以T1为初始点，将T1与其它各点连接，计算线段长度，其中最小线段长度即为内凹边或凸边，将此边记为XY，计算与T1连接的各线段与XY的夹角，距离90°最近的夹角即为内凹边，以此类推，寻找与T2相连接的内凹边和凸边距离T1最近的点S，连成内凹边T1S，将T1与其他各点连接，计算T1与其他各点连成的线段与T1S夹角接近90°且线段最短的边，连成内凹边；判断T2是否未曾连接，如果已连接，则以连接的内凹边判断与其他线段夹角最接近90°且线段最短的边为内凹边，若T2未曾连接，则与前面步骤一致计算T2点的所连的内凹，以此类推，计算出与内凹点相连的所有凸边或者内凹边；
选出已连接超过2条不同线段的凸点，删除它们之间的凸边；
根据所述凸边和所述内凹边围成的多边形，以获得所述电网作业区域的电子围栏。
2.根据权利要求1所述的现场作业区电子围栏的自动构建方法，其特征在于，还包括：
若不存在内凹点，则根据所述凸边围成的多边形，以获得所述电网作业区域的电子围栏。
3.根据权利要求1所述的现场作业区电子围栏的自动构建方法，其特征在于，所述寻找内凹边，包括：
对所述内凹点已连成的线段，寻找与之相连的线段中形成的角度最接近90°的线段作为内凹边。
4.根据权利要求1所述的现场作业区电子围栏的自动构建方法，其特征在于，所述获得所述电网作业区域的电子围栏之后，还包括：
判断人员位置点是否在所述电子围栏的各个边线上和在所述电子围栏内。
5.根据权利要求4所述的现场作业区电子围栏的自动构建方法，其特征在于，所述判断人员位置点是否在所述电子围栏的各个边线上，包括：
记所述人员位置点坐标为A(a，b)，记需要判断的边线为Q0Q1；
计算向量AQ0与向量AQ1的夹角；
若夹角为180°，则人员位置点A在边线Q0Q1上，人员已进入了电网作业区域；
若夹角不为180°，则人员位置点A不在边线Q0Q1上。
6.根据权利要求4所述的现场作业区电子围栏的自动构建方法，其特征在于，判断人员位置点是否在所述电子围栏内，包括：
记所述人员位置点坐标为A(a，b)，记需要判断的边线为Q0Q1；
通过点A水平向左生成射线，判断射线与电子围栏边线相交点个数；
若所得的相交个数为奇数，则判断人员位置点A在电子围栏内；
若相交个数为偶数，则判断人员位置点A在电子围栏外。
7.根据权利要求1所述的现场作业区电子围栏的自动构建方法，其特征在于，所述采集电网作业区域各围栏点的经纬坐标，包括：
通过北斗定位终端采集电网作业区域各围栏点的经纬坐标。
8.根据权利要求1所述的现场作业区电子围栏的自动构建方法，其特征在于，所述对所述围栏点二维坐标集的围栏点逐一连接线段，叉积寻找凸点和凸边，并进行绘制，包括：
将所述围栏点二维坐标集的围栏点记为Q1、Q2、Q3···Qi；
以Q1为初始点，记点Q1和Q2所形成的向量为
Figure FDA0003762915600000021
分别计算
Figure FDA0003762915600000022
与点Q1和其它各点所形成的向量如
Figure FDA0003762915600000023
···等向量的叉积；
若叉积都大于0或都小于0，则说明Q3～Qi各点均在线段Q1Q2的同一侧，此时记Q1Q2为凸边；
若叉积存在大于0和小于0的情况，则Q1Q2不是凸边。
9.一种现场作业区电子围栏的自动构建装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器连接所述处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现权利要求1-8中任一项所述的现场作业区电子围栏的自动构建方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现权利要求1-8任一项所述的现场作业区电子围栏的自动构建方法。
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Assignee: Guangdong Electric Power Communication Technology Co.,Ltd.

Assignor: ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE OF GUANGDONG POWER GRID Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980047738

Denomination of invention: Automatic construction method, device, and storage medium of electronic fence in on-site operation area

Granted publication date: 20220902

License type: Common License

Record date: 20231121